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9月6日，財政部印發(fā)《中央財政關(guān)于推動黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展的財稅支持方案》，方案提出在保護(hù)好生態(tài)的基礎(chǔ)上，推動黃河流域智能光伏產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新升級和特色應(yīng)用，支持在黃河上游沙漠、戈壁、荒漠地區(qū)繼續(xù)推進(jìn)大型風(fēng)電光伏基地建設(shè)，支持沿黃河省區(qū)穩(wěn)定能源保供、有序調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，依法依規(guī)淘汰碳排放量大和耗水量高的落后產(chǎn)能和生產(chǎn)工藝。
（來源：微信公眾號“能源評論•首席能源觀” 作者：張越月）
談到“中華民族搖籃”和“華夏文明起源地”，絕大多數(shù)中國人會想到黃河流域。近些年，這片總面積超過750萬平方千米的區(qū)域有了一個新標(biāo)簽——能源流域。
在黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展上升為重大國家戰(zhàn)略后，“能源”已多次出現(xiàn)在相關(guān)規(guī)劃里。如2022年6月由生態(tài)環(huán)境部等四部門聯(lián)合印發(fā)的《黃河流域生態(tài)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃》（以下簡稱《規(guī)劃》），“能源”一詞在這份文件中出現(xiàn)了25次，集中在“增強應(yīng)對氣候變化能力”一節(jié)中。這節(jié)的核心觀點就像中國工程院院士、生態(tài)環(huán)境部環(huán)境規(guī)劃院院長王金南在解讀《規(guī)劃》時所說：“黃河流域要‘有多少湯，泡多少饃’，要把水資源作為最大的剛性約束，堅決抑制不合理用水需求。”
生態(tài)環(huán)境部環(huán)境規(guī)劃院環(huán)境政策部副主任董戰(zhàn)峰表示：“黃河流域能源發(fā)展與水資源剛性約束的矛盾突出。”要化解矛盾、重塑能源流域，需要把能源轉(zhuǎn)型和流域保護(hù)相結(jié)合，在“雙碳”目標(biāo)下以水為基、因水施策、量水而行。
產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型：堅持以水定產(chǎn)
2019年，習(xí)近平總書記在黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展座談會上指出，要堅持綠水青山就是金山銀山的理念，堅持生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展，以水而定、量水而行，因地制宜、分類施策，上下游、干支流、左右岸統(tǒng)籌謀劃，共同抓好大保護(hù)，協(xié)同推進(jìn)大治理，著力加強生態(tài)保護(hù)治理、保障黃河長治久安、促進(jìn)全流域高質(zhì)量發(fā)展、改善人民群眾生活、保護(hù)傳承弘揚黃河文化，讓黃河成為造福人民的幸福河。
在黃河流域，能源生產(chǎn)和水資源利用之間的難題就出現(xiàn)在“以水定產(chǎn)”上，特別是采煤、煤化工和發(fā)電等環(huán)節(jié)——煤炭開采不僅耗水量巨大，且會產(chǎn)生大量的礦井水，但由于處理成本高、處理后的水質(zhì)與用戶需求不匹配等原因，礦井水利用率偏低；在煤化工環(huán)節(jié)，我國四大現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)示范區(qū)中的三個分布在黃河流域，煤化工項目均耗水量巨大，雖然示范區(qū)的大型企業(yè)已經(jīng)采取措施加強水資源的循環(huán)利用，但眾多的小型企業(yè)仍采用粗放的用水方式；在發(fā)電環(huán)節(jié)，發(fā)電機組需要大量的水進(jìn)行冷卻，而排放出的冷卻水溫度相對較高，會造成河流排放口周邊的河流溫度上升，進(jìn)而對水域生態(tài)系統(tǒng)造成影響。
石油和化學(xué)工業(yè)規(guī)劃院副總工程師韓紅梅認(rèn)為：“如何在項目邊界內(nèi)做到用水最少，可以說是需要全行業(yè)共同探索的難題。”
目前，“以水定產(chǎn)”在能源行業(yè)落實可以借助兩種方式：一是監(jiān)管，二是技術(shù)。在監(jiān)管方面，煤化工項目、煤礦項目環(huán)評審批更加嚴(yán)格，在用水指標(biāo)有限和高水價的限制下，煤炭及煤化工企業(yè)加強廢水深度處理循環(huán)利用補充企業(yè)用水將成為必然選擇。在技術(shù)方面，對于黃河流域這樣的干旱缺水地區(qū)，在碳排放量還有一定上升空間且水資源極度緊張的情況下，可以采用如空氣冷卻等節(jié)水型技術(shù)。
從長遠(yuǎn)看，“以水定產(chǎn)”可以推動流域能源產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)重塑和升級。國家發(fā)展改革委能源研究所原所長韓文科表示，“以水定產(chǎn)”對耗水大的項目有極嚴(yán)厲的約束作用，會使一些地區(qū)倒逼沒有效益和市場前景的煤化工項目轉(zhuǎn)型。
梯級聯(lián)動：借力數(shù)字孿生
不久前，水利部黃河水利委員會印發(fā)《數(shù)字孿生黃河建設(shè)規(guī)劃（2022—2025）》（以下簡稱《規(guī)劃》），所謂數(shù)字孿生技術(shù)，是指在數(shù)字世界中建立與物理實體的性能完全一致，且可對其進(jìn)行實時仿真的模型。
數(shù)字孿生黃河可以追溯到2001年的建設(shè)“三條黃河”，當(dāng)時，黃河委員會提出要建設(shè)“原型黃河”“數(shù)字黃河”和“模型黃河”，其中的“數(shù)字黃河”就是要借助現(xiàn)代化手段，對黃河流域及相關(guān)地區(qū)的自然、經(jīng)濟(jì)、社會等要素構(gòu)建一體化的數(shù)字集成平臺和虛擬環(huán)境。數(shù)字孿生黃河可視為“數(shù)字黃河”的延續(xù)。
作為七大江河流域首個數(shù)字孿生建設(shè)規(guī)劃，《規(guī)劃》明確了“十四五”初步建成“2+N”智能業(yè)務(wù)應(yīng)用體系的目標(biāo)。其中的“2”指的是在黃河重點防洪地區(qū)基本實現(xiàn)水資源管理與調(diào)配“四預(yù)”；“N”指的是推進(jìn)水文業(yè)務(wù)管理、水土保持、水利工程建設(shè)及運行管理等N項重點業(yè)務(wù)應(yīng)用。對于水電項目的管理就是N的一部分。
長遠(yuǎn)看，數(shù)字孿生的意義將在合理調(diào)配流域能源中體現(xiàn)。黃河勘測規(guī)劃設(shè)計研究院的研究表明，黃河是我國七大江河中水能資源開發(fā)利用程度較高的河流，目前，黃河干流規(guī)劃水電梯級42座，總裝機容量已達(dá)3444萬千瓦。要讓流域內(nèi)梯級電站之間實現(xiàn)更好的聯(lián)動，需要借助數(shù)字孿生技術(shù)，綜合多領(lǐng)域數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研判，系統(tǒng)整合各電站歷年電量數(shù)據(jù)，在對電站累計發(fā)電量、發(fā)電計劃完成情況、電站運行負(fù)荷、發(fā)供電能力等關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行科學(xué)分析的基礎(chǔ)上，統(tǒng)籌在既定負(fù)荷下，為各個梯級站的經(jīng)濟(jì)運行、優(yōu)化調(diào)度提供科學(xué)決策依據(jù)，實現(xiàn)梯級電站綜合效能最大化。
當(dāng)前，黃河流域的多個水電項目已經(jīng)引入數(shù)字孿生技術(shù)。在位于山西的萬家寨水電站，數(shù)字孿生將聚焦防洪調(diào)度、防凌調(diào)度、泥沙調(diào)度、大壩安全分析預(yù)警等重點業(yè)務(wù)，充分整合現(xiàn)有信息化資源，實現(xiàn)對運行管理進(jìn)行實時監(jiān)控，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)問題并優(yōu)化調(diào)度；在位于河南的小浪底水電站，基于數(shù)字孿生小浪底三維空間動態(tài)展示樞紐發(fā)電及泄洪孔洞的當(dāng)前運行狀態(tài)、當(dāng)日泄流、發(fā)電等過程數(shù)據(jù)，調(diào)度方案預(yù)演則直觀演示了不同調(diào)度方案下樞紐運行情況，幫助電站進(jìn)行科學(xué)決策。
資源利用：發(fā)揮兩個“互補效應(yīng)”
從今年3月至今，多個抽水蓄能項目在黃河流域開工。這不是偶然，黃河流域新能源發(fā)電資源極為豐富，據(jù)統(tǒng)計，黃河流域八省區(qū)（不包括四川?。┑娘L(fēng)能資源理論開發(fā)儲量和技術(shù)開發(fā)儲量均為全國總儲量的44.5%左右，光伏資源理論儲量則占全國陸上理論儲量的32.93%。《“十四五”可再生能源發(fā)展規(guī)劃》中明確建設(shè)的八個新能源基地中，有三個位于黃河流域。
開發(fā)容量雖可觀，但黃河流域新能源發(fā)電項目面臨和其他地區(qū)同樣的問題——如何讓綠電送得出、用得好，這離不開靈活調(diào)節(jié)資源的助力。一直以來，煤電是黃河流域靈活調(diào)節(jié)的主要“擔(dān)當(dāng)”，在煤電靈活性資源占地區(qū)靈活性資源總供應(yīng)量比重方面，西北、華北送端地區(qū)均達(dá)到70%以上。但在“雙碳”目標(biāo)下，靈活性資源除了要靈活，更要綠色，這就需要水電特別是抽水蓄能的參與。
當(dāng)前，黃河流域上中游地區(qū)已建抽水蓄能裝機容量約為240萬千瓦，僅占全國總裝機容量的7.4%。但從條件看，黃河流域上中游地區(qū)為抽水蓄能選點提供了巨大的空間。黃河勘測規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司謝遵黨等在《雙碳目標(biāo)下黃河流域水土風(fēng)光資源一體化開發(fā)模式研究》中指出，黃河流域上中游地區(qū)地域遼闊，地形起伏大且多山地。據(jù)統(tǒng)計，寧夏、甘肅、內(nèi)蒙古、山西的山地占比分別為20.9%、25.9%、20.9%、36%。同時，西北地區(qū)地廣人稀，各類自然保護(hù)區(qū)及生態(tài)紅線等禁止開發(fā)區(qū)域面積相對較小。
“十四五”時期，黃河流域抽水蓄能儲備站點裝機規(guī)劃容量將達(dá)到777萬千瓦，在全國的占比也將提至約27.7%。青海省共和龍羊峽儲能（一期）、寧夏的牛首山抽水蓄能電站和山西渾源抽水蓄能電站等項目將成為上述地區(qū)新能源發(fā)展的“調(diào)節(jié)器”和“穩(wěn)定器”，為構(gòu)建新型電力系統(tǒng)和電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行提供有力支撐。
除了能與新能源互補，儲能和儲水互補也被認(rèn)為是優(yōu)化流域生態(tài)的手段。西南財經(jīng)大學(xué)教授方行明等在其《黃河治理新思路：構(gòu)建智能化儲水、儲能綜合體》研究中建議，可根據(jù)水和電的需求確定供水量和供電量，在水資源不太短缺的時段，利用綜合體抽水發(fā)電，當(dāng)水資源短缺時，棄電供水，水可直接用于灌溉或輸入自來水廠，亦可將水回流到黃河，彌補黃河流量不足，從而實現(xiàn)黃河水資源和能源利用的良性循環(huán)。
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